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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Antriebsmodul mit Sprühkühlung eines Elektromotors.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Dieser Abschnitt stellt Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung bereit, welche nicht notwendigerweise dem bisherigen Stand der Technik entsprechen.
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Beispielhafte Antriebsmodule werden in der US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnr. 2012/0058855 offenbart. Die Antriebsmodule können als Mittel zum Antreiben eines Fahrzeugs und/oder als Mittel zur Verbesserung der Steuerung des Fahrzeugs durch variable Drehmomentverteilung (Torque Vectoring) eingesetzt werden. Die Antriebsmodule weisen typischerweise einen Elektromotor auf, der Leistung auf ein Getriebe und eine Differentialbaugruppe überträgt, um ein Paar von Fahrzeugrädern anzutreiben.
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Unter bestimmten Umständen kann der Motor in solchen Antriebsmodulen eine signifikante Menge an Wärme erzeugen. Es ist bekannt, dass Wasserkühlsysteme und Luftkühlsysteme verwendet werden, um Wärme von dem Motor abzuleiten. Wasserkühlsysteme sind typischerweise teuer und erfordern zusätzlichen Platz in dem Fahrzeug für das Unterbringen der Komponenten des Wasserkühlsystems. Luftkühlsysteme sind typischerweise weniger teuer, aber sie sind typischerweise weniger effektiv als ein Wasserkühlsystem. Darüber hinaus können Luftkühlsysteme Führungskanäle oder andere Mittel für das Leiten von Luft auf den Motor erfordern, um ein gewünschtes Maß an Kühlung bereitzustellen. Auch wenn solche Kühlsysteme für ihren vorgesehenen Zweck zufriedenstellend sind, besteht auf diesem Gebiet nach wie vor ein Bedarf für ein Antriebsmodul mit verbesserter Kühlung.
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KURZDARSTELLUNG
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Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung bereit und ist keine umfassende Offenbarung des gesamten Umfangs oder aller Merkmale der Erfindung.
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In einer Ausgestaltung stellen die vorliegenden Lehren ein Antriebsmodul bereit, das ein Gehäuse, einen Elektromotor, einen Kühlmittelsumpf, ein Einlassrohr, ein Paar von Ausgabeelementen und eine Getriebe- und Differentialbaugruppe aufweist. Der Elektromotor ist mit dem Gehäuse gekoppelt und verfügt über einen Stator, welcher fest mit dem Gehäuse gekoppelt ist, und einen Rotor, der drehbar innerhalb des Stators angeordnet ist. Der Rotor verfügt über einen Kühlmittelkanal, welcher sich parallel zu einer Drehachse des Motors erstreckt, und einen Düsenkanal, der den Kühlmittelkanal schneidet und sich von dort radial nach außen erstreckt. Der Kühlmittelsumpf ist dafür ausgelegt, eine Kühlflüssigkeit aufzunehmen. Das Einlassrohr steht in einer Fluidverbindung zu dem Kühlmittelsumpf und ist in dem Kühlmittelkanal aufgenommen. Das Einlassrohr ist dafür ausgelegt, die von dem Kühlmittelsumpf kommende Kühlflüssigkeit in den Kühlmittelkanal einzuleiten. Die Getriebe- und Differentialbaugruppe wird von dem Rotor des Elektromotors angetrieben, um die Ausgabeelemente entsprechend anzutreiben. Die Kühlflüssigkeit wird per Schwerkraftzufuhr in das Einlassrohr eingeleitet.
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In einer anderen Ausgestaltung stellen die vorliegenden Lehren ein Verfahren für den Betrieb eines Antriebsmoduls bereit. Das Verfahren beinhaltet: Bereitstellen eines Antriebsmoduls mit einem Gehäuse, einem Elektromotor, einem Getriebe, einer Differentialbaugruppe und einem Kühlsystem, wobei der Elektromotor über einen Stator und einen Rotor verfügt, wobei das Kühlsystem über einen Kühlmittelsumpf, ein Einlassrohr und eine Kühlflüssigkeit verfügt, wobei das Einlassrohr den Kühlmittelsumpf in einer Fluidverbindung an den Rotor koppelt; Schwerkraftzuführung der Kühlflüssigkeit von dem Kühlmittelsumpf in das Einlassrohr, dergestalt dass die Kühlflüssigkeit in den Rotor eingeleitet wird; und zentrifugales Abgeben der Kühlflüssigkeit von dem Rotor und auf den Stator, um den Motor zu kühlen.
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Weitere mögliche Anwendungsbereiche werden durch die hier bereitgestellte Beschreibung offensichtlich. Die Beschreibung und die spezifischen Beispiele in dieser Kurzdarstellung sind nur zum Zwecke der Veranschaulichung gedacht und nicht dazu bestimmt, den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung einzuschränken.
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ZEICHNUNGEN
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur zur Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsbeispiele und nicht aller möglichen Implementierungen und sind nicht dazu bestimmt, den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung einzuschränken.
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1 ist eine schematische Darstellung eines ersten Antriebsmoduls, das gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung aufgebaut ist;
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2 ist eine schematische Darstellung eines zweiten Antriebsmoduls, das gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung aufgebaut ist; und
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3 ist ein Querschnitt eines Teils der Antriebsmodule aus den 1 und 2, welcher ein Kühlsystem für das Kühlen eines Elektromotors genauer veranschaulicht.
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Entsprechende Bezugszeichen bezeichnen in allen verschiedenen Ansichten der Zeichnungen entsprechende Teile.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 werden die gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung aufgebauten Antriebsmodule schematisch dargestellt. Die Antriebsmodule weisen jeweils ein Kühlsystem 300 auf, das dafür konfiguriert ist, einen Elektromotor 32 während des Betriebs des Antriebsmoduls zu kühlen. Das Antriebsmodul kann ansonsten generell einem der Antriebsmodule ähneln, die in der ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 13/182153, eingereicht am 13. Juli 2011, offenbart werden und deren Offenbarungsgehalt durch diesen Verweis als vollständig in die vorliegende Patentanmeldung aufgenommen gilt.
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In 1 wird ein erstes beispielhaftes Antriebsmodul 10 in operativer Verbindung mit einem Fahrzeug 12 gezeigt. Das Antriebsmodul 10 kann ein Gehäuse 298, den Elektromotor 32, eine Getriebe- und Differentialbaugruppe 14a sowie ein erstes und ein zweites Ausgabeelement 16 und 18 aufweisen. Das Gehäuse 298 kann ein Getriebegehäuse 58 und ein Differentialgehäuse 60 umfassen. Das Gehäuse 298 kann dafür ausgelegt sein, den Elektromotor 32 und die Getriebe- und Differentialbaugruppe 14a aufzunehmen. Der Elektromotor 32 kann dafür konfiguriert sein, die Getriebe- und Differentialbaugruppe 14a in einem oder mehreren Modi anzutreiben, beispielsweise einem Antriebsmodus und/oder einem Torque-Vectoring-Modus. Die Getriebe- und Differentialbaugruppe 14a kann dafür ausgelegt sein, Drehleistung an die Ausgabeelemente 16 und 18 auszugeben, und kann eine Getriebebaugruppe 30 und eine Differentialbaugruppe 36 aufweisen.
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Die Getriebebaugruppe 30 kann in Bezug auf das erste und das zweite Ausgabeelement 16 und 18 und/oder eine Differentialbaugruppe 36 koaxial montiert sein. Die Getriebebaugruppe 30 kann einen ersten Planetenradsatz 40 und einen zweiten Planetenradsatz 42 umfassen. Der erste und der zweite Planetenradsatz 40 und 42 können über identische Übersetzungsverhältnisse verfügen und dergestalt ausgelegt sein, dass eine oder mehrere der Komponenten des ersten Planetenradsatzes 40 mit einer oder mehreren zugehörigen Komponenten des zweiten Planetenradsatzes 42 austauschbar ist/sind.
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Der erste Planetenradsatz 40 kann ein erstes Sonnenrad 50, eine Mehrzahl von ersten Planetenrädern 52, ein erstes Hohlrad 54 und einen ersten Planetenträger 56 umfassen. Das erste Sonnenrad 50 kann eine grundsätzlich hohle Struktur aufweisen, die konzentrisch um das erste Ausgabeelement 16 montiert sein kann. Die ersten Planetenräder 52 können dergestalt in Umfangsrichtung um das erste Sonnenrad 50 beabstandet sein, dass die Zähne der ersten Planetenräder 52 kämmend mit den Zähnen des ersten Sonnenrades 50 eingreifen. In gleicher Weise kann das erste Hohlrad 54 dergestalt konzentrisch um die ersten Planetenräder 52 angeordnet sein, dass die Zähne der ersten Planetenräder 52 kämmend mit den Zähnen des ersten Hohlrades 54 eingreifen. Das erste Hohlrad 54 kann drehbar in dem Getriebegehäuse 58 angeordnet sein. Das Getriebegehäuse 58 kann nicht-drehbar mit dem Differentialgehäuse 60 gekoppelt sein, das die Differentialbaugruppe 36 aufnimmt. Der erste Planetenträger 56 kann einen ersten Trägerkörper 62 und eine Mehrzahl von ersten Stiften 64 aufweisen, die fest mit dem ersten Trägerkörper 62 gekoppelt sein können. Der erste Trägerkörper 62 kann dergestalt an das erste Ausgabeelement 16 gekoppelt sein, dass sich der erste Trägerkörper 62 und das erste Ausgabeelement 16 zusammen drehen. Jedes geeignete Mittel kann eingesetzt werden, um den ersten Trägerkörper 62 mit dem ersten Ausgabeelement 16 zu koppeln, einschließlich Schweißnähte und ineinandergreifende Zähne oder Keilverzahnungen. Jeder der ersten Stifte 64 kann in einem zugehörigen der ersten Planetenräder 52 aufgenommen sein und kann das zugehörige der ersten Planetenräder 52 zur Drehung um eine Längsachse des ersten Stiftes 64 haltern.
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Der zweite Planetenradsatz 42 kann ein zweites Sonnenrad 70, eine Mehrzahl von zweiten Planetenrädern 72, ein zweites Hohlrad 74 und einen zweiten Planetenträger 76 umfassen. Das zweite Sonnenrad 70 kann eine grundsätzlich hohle Struktur aufweisen, die konzentrisch um das erste Ausgabeelement 16 montiert sein kann. Das zweite Sonnenrad 70 kann nicht-drehbar mit dem ersten Sonnenrad 50 gekoppelt sein (z. B. können das erste und das zweite Sonnenrad 50 und 70 integral und einstückig ausgebildet sein). Die zweiten Planetenräder 72 können dergestalt rund um das zweite Sonnenrad 70 beabstandet sein, dass die Zähne an den zweiten Planetenrädern kämmend mit den Zähnen des zweiten Sonnenrades 70 eingreifen. Das zweite Hohlrad 74 kann dergestalt konzentrisch um die zweiten Planetenräder 72 angeordnet sein, dass die Zähne der zweiten Planetenräder 72 kämmend mit den Zähnen des zweiten Hohlrades 74 eingreifen. Das zweite Hohlrad 74 kann nicht-drehend mit dem Getriebegehäuse 58 gekoppelt sein. Der zweite Planetenträger 76 kann einen zweiten Trägerkörper 82 und eine Mehrzahl von zweiten Stiften 84 aufweisen, die fest mit dem zweiten Trägerkörper 82 gekoppelt sein können. Der zweite Trägerkörper 82 kann dergestalt mit einem Gehäuse- oder Differentialträger 83 der Differentialbaugruppe 36 gekoppelt sein, dass sich der zweite Trägerkörper 82 und der Differentialträger 83 zusammen drehen. Jeder der zweiten Stifte 84 kann in einem zugehörigen der zweiten Planetenräder 72 aufgenommen sein und kann das zugehörige der zweiten Planetenräder 72 zur Drehung um eine Längsachse des zweiten Stiftes 84 haltern.
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Der erste und der zweite Planetenradsatz 40 und 42 können zusammen auf einer gemeinsamen Längsachse ausgerichtet sein (d. h. einer Achse, die sich durch das erste und das zweite Sonnenrad 50 und 70 erstrecken kann) und können entlang der gemeinsamen Längsachse 85 axial zueinander versetzt sein.
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Der Elektromotor 32 kann dafür ausgelegt sein, ein Eingangselement 86 des ersten Planetenradsatzes 40 anzutreiben. In dem bereitgestellten Beispiel ist der Eingang des ersten Planetenradsatzes 40 das erste Hohlrad 54, und das Eingangselement 86 ist für eine gemeinsame Drehung mit dem ersten Hohlrad 54 gekoppelt. Das Eingangselement 86 weist eine Mehrzahl von Zähnen auf, die kämmend mit den Zähnen eines Untersetzungsrades 88 (d. h. eines Eingangs der Getriebebaugruppe 30) eingreifen, das an einer Ausgangswelle 90 des Elektromotors 32 montiert ist. Bei dem Eingangselement 86 kann es sich um eine getrennte Komponente handeln, die nicht-drehbar mit dem ersten Hohlrad 54 gekoppelt ist, aber in dem bereitgestellten Beispiel sind das Eingangselement 86 und das erste Hohlrad 54 einheitlich als einzelne getrennte Komponente ausgebildet.
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Zusätzlich zu dem Differentialgehäuse 60 und dem Differentialträger 83 kann die Differentialbaugruppe 36 ein Mittel zum Übertragen von Drehleistung von dem Differentialträger 83 auf das erste und das zweite Ausgabeelement 16 und 18 aufweisen. Das Drehleistung übertragende Mittel kann einen ersten Differentialausgang 100 und einen zweiten Differentialausgang 102 aufweisen. In dem bereitgestellten speziellen Beispiel umfasst das Drehleistung übertragende Mittel einen ersten Differentialradsatz 104, der in dem Differentialträger 83 aufgenommen ist und welcher über ein erstes Seitenrad 106, ein zweites Seitenrad 108, einen Querstift 110 und eine Mehrzahl von Ausgleichsrädern 112 verfügt. Das erste und das zweite Seitenrad 106 und 108 können drehbar um eine Drehachse des Differentialträgers 83 angeordnet sein und können den ersten und den zweiten Differentialausgang 100 bzw. 102 umfassen. Das erste Ausgabeelement 16 kann für eine gemeinsame Drehung mit dem ersten Seitenrad 106 gekoppelt sein, während das zweite Ausgabeelemet 18 für eine gemeinsame Drehung mit dem zweiten Seitenrad 108 gekoppelt sein kann. Der Querstift 110 kann im Allgemeinen senkrecht zu der Drehachse des Differentialträgers 83 an dem Differentialträger 83 montiert sein. Die Ausgleichsräder 112 können drehbar an dem Querstift 110 montiert sein und kämmend mit dem ersten und zweiten Seitenrad 106 und 108 eingreifen.
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Auch wenn die Differentialbaugruppe 36 mit Kegelritzel und Seitenrädern dargestellt worden ist, versteht es sich, dass auch andere Arten von Differentialmechanismen eingesetzt werden könnten, einschließlich Differentialmechanismen, die Schneckenritzel und Seitenräder oder Planetenradsätze einsetzen.
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Optional kann die Differentialbaugruppe 36 mit einem Haupt- oder Primärantrieb des Fahrzeugs 12 gekoppelt sein. In dem bereitgestellten speziellen Beispiel umfasst der Primärantrieb des Fahrzeugs einen Motor 120, der eingesetzt wird, um die Differentialbaugruppe 36 anzutreiben. In dieser Hinsicht kann die von dem Motor 120 produzierte Drehleistung auf herkömmliche Weise auf den Differentialträger 83 übertragen werden, um das erste und das zweite Ausgabeelement 16 und 18 anzutreiben (d. h. über den Differentialträger 83 und den Differentialradsatz 104). Auf diese Weise kann der Elektromotor 32 dergestalt als Ergänzung zu dem Primärantrieb des Fahrzeugs 12 dienen, dass wenn gleichzeitig ein Hilfsdrehmoment durch den Elektromotor 32 generiert wird, das Hilfsdrehmoment, wie im Folgenden ausführlich erläutert, auf das von dem Primärantrieb induzierte erste und zweite Ausgangsdrehmoment überlagert wird.
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Wenn der Elektromotor 32 aktiviert wird (d. h. wenn sich die Ausgangswelle 90 des Elektromotors 32 in dem bereitgestellten Beispiel dreht), können der Elektromotor 32, das Untersetzungsrad 88 und das Eingangselement 86 zusammenwirken, um eine Drehleistung auf das erste Hohlrad 54 des ersten Planetenradsatzes 40 auszuüben. Die von dem ersten Hohlrad 54 empfangene Drehleistung wird über die ersten Planetenräder 52 und den ersten Planetenträger 56 auf das erste Ausgabeelement 16 übertragen, während eine Gegenreaktion dergestalt auf das erste Sonnenrad 50 ausgeübt wird, dass sich das erste Sonnenrad 50 in einer Richtung dreht, die entgegengesetzt zu dem ersten Planetenträger 56 ist. Die Drehung des ersten Sonnenrades 50 verursacht eine entsprechende Drehung des zweiten Sonnenrades 70, um dadurch die zweiten Planetenräder 72 anzutreiben. Da das zweite Hohlrad 74 drehfest zu dem Getriebegehäuse 58 ist, verursacht die Drehung der zweiten Planetenräder 72 eine Drehung des zweiten Planetenträgers 76 in einer Richtung, die entgegengesetzt zu der Drehrichtung des ersten Planetenträgers 56 ist. Dementsprechend ist die Größe der Drehleistung (d. h. das Drehmoment), die von dem zweiten Planetenträger 76 auf den Differentialträger 83 (und durch die Differentialbaugruppe 36 auf das zweite Ausgabeelement 18) übertragen wird, gleich, aber entgegengesetzt zu der Größe der Drehleistung (d. h. des Drehmoments), die von dem ersten Planetenträger 56 auf das erste Ausgabeelement 16 übertragen wird.
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Infolgedessen ist das von dem Elektromotor 32 auf das erste und das zweite Ausgabeelement 16 bzw. 18 induzierte Drehmoment somit gegengerichtet. Da darüber hinaus der erste und der zweite Planetenradsatz 40 und 42 über die Differentialbaugruppe 36 operativ gekoppelt sind, ist die Größe des induzierten Drehmoments an dem ersten und dem zweiten Ausgabeelement 16 und 18 im Wesentlichen gleich. Wenn beispielsweise ein positiv gerichtetes Drehmoment auf das erste Ausgabeelement 16 (über die Drehung der Ausgangswelle 90 des Elektromotors 32 in einer ersten Drehrichtung) übertragen wird, wird ein gleiches negatives Drehmoment auf das zweite Ausgabeelement 18 übertragen. In gleicher Weise gilt: Wenn ein negativ gerichtetes Drehmoment auf das erste Ausgabeelement 16 (über die Drehung der Ausgangswelle 90 des Elektromotors 32 in einer zweiten Drehrichtung entgegengesetzt zur ersten Drehrichtung) übertragen wird, wird ein gleiches positives Drehmoment auf das zweite Ausgabeelement 18 übertragen. Mit anderen Worten, die Getriebe- und Differentialbaugruppe 14a kann eingesetzt werden, um eine Drehmomentdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Differentialausgang 100 und 102 zu generieren, welche durch das erste und das zweite Ausgabeelement 16 bzw. 18 an das linke und das rechte Rad 20 bzw. 22 übermittelt wird.
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In Situationen, in denen der Elektromotor 32 aktiviert wird, wenn Drehleistung von dem Primärantrieb (d. h. dem Motor 120 in dem dargestellten Beispiel) an die Differentialbaugruppe 36 übertragen wird, dient das von der Getriebe- und Differentialbaugruppe 14a übertragene Drehmoment als Versatzdrehmoment, welches das von dem Primärantrieb auf das Antriebsmodul 10 übertragene Eingangsdrehmoment überlagert. Anders ausgedrückt, wird das Eingangsdrehmoment von dem Primärantrieb über die Differentialbaugruppe 36 dergestalt verteilt, dass ein erstes Antriebsdrehmoment über den ersten Differentialausgang 100 auf das erste Ausgabeelement 16 aufgebracht wird und ein zweites Antriebsdrehmoment über den zweiten Differentialausgang 102 auf das zweite Ausgabeelement 18 aufgebracht wird, während ein durch den Elektromotor 32 induziertes Ergänzungsdrehmoment über die Getriebebaugruppe 30 dergestalt verteilt wird, dass ein erstes Vectoring-Drehmoment auf das erste Ausgabeelement 16 und ein zweites Vectoring-Drehmoment (welches in dem bereitgestellten Beispiel gleich und entgegengesetzt zu dem ersten Vectoring-Drehmoment ist) (über die Differentialbaugruppe 36) auf das zweite Ausgabeelement 18 aufgebracht wird. Das auf das erste Ausgabeelement 16 wirkende Nutzdrehmoment ist die Summe aus dem ersten Antriebsdrehmoment und dem ersten Vectoring-Drehmoment, während das auf das zweite Ausgabeelement 18 wirkende Nutzdrehmoment die Summe aus dem zweiten Antriebsdrehmoment und dem zweiten Vectoring-Drehmoment ist.
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Zum Beispiel kann die Getriebe- und Differentialbaugruppe 14a ein Drehmoment von dem linken Rad 20 subtrahieren und ein entsprechendes Drehmoment zu dem rechten Rad 22 hinzuaddieren, wenn das motorisierte Fahrzeug 12 nach links abbiegt, und die Getriebe- und Differentialbaugruppe 14a kann ein Drehmoment von dem rechten Rad 22 subtrahieren und ein entsprechendes Drehmoment zu dem linken Rad 20 hinzuaddieren, wenn das motorisierte Fahrzeug 12 nach rechts abbiegt, um das Wendeverhalten des Fahrzeugs 12 zu verbessern und dessen Wenderadius zu verkleinern.
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Fachleute werden verstehen, dass die Konfiguration der Getriebebaugruppe 30 bewirkt, dass das erste und das zweite Sonnenrad 50 und 70 die höchste Drehgeschwindigkeit erfahren, während sich das erste Hohlrad 54 mit einer etwas geringeren Drehgeschwindigkeit dreht, und dass sich der erste und der zweite Planetenträger 56 und 76 mit einer Drehgeschwindigkeit drehen, die geringer ist als die Drehgeschwindigkeit des ersten Hohlrades 54. Auf diese Weise kann ein günstiges Übersetzungsverhältnis, beispielsweise ein Übersetzungsverhältnis von etwa 1:1,5 bis etwa 1:2,0, zwischen dem ersten Hohlrad 54 und dem ersten Ausgabeelement 16 erzielt werden. Infolgedessen kann die Größe der Zahnräder der Getriebebaugruppe 30 klein gehalten werden. So kann der Durchmesser des ersten und des zweiten Planetenrades 52 und 72 nur etwa 30 mm klein sein. Auf diese Weise kann die Größe der Getriebebaugruppe 30 gering sein, und dadurch kann die Getriebe- und Differentialbaugruppe 14a kompakt und leicht sein.
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Der Elektromotor 32 soll aktiviert werden (z. B. automatisch oder bei Bedarf), wenn das Fahrzeug 12 wendet. Während des Geradeausfahrens ist der Elektromotor 32 daher inaktiv, um es dem Fahrzeug 12 zu gestatten, von dem Motor 120 in Vorwärtsrichtung angetrieben zu werden. In einer solchen Situation überträgt die Differentialbaugruppe 36, welche das Eingangsdrehmoment von dem Motor 120 empfängt, ein im Wesentlichen gleiches Drehmoment auf das erste Ausgabeelement 16 und auf das zweite Ausgabeelement 18. Wiederum ein im Wesentlichen gleiches Drehmoment wird auf den ersten und den zweiten Planetenträger 56 und 76 übertragen, welche sich mit einer im Wesentlichen gleichen Geschwindigkeit drehen. Als Auswirkung hiervon und aufgrund der identischen Planetenradsätze 40 und 42 gibt es keine relative Bewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Hohlrad 54 und 74, was bedeutet, dass nahezu keine Wirkung oder kein Drehmoment auf das erste und das zweite Hohlrad 54 und 74 übertragen wird. Mit anderen Worten, es werden sich weder das erste Hohlrad 54 noch das zweite Hohlrad 74 drehen. Auf diese Weise wird sich die Ausgangswelle 90 des Elektromotors 32 nicht bewegen, und Verluste während des Geradeausfahrens werden auf diese Weise minimiert.
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Auch wenn das Eingangselement 86 als direkt mit dem Untersetzungsrad 88 eingreifend dargestellt und beschrieben worden ist, versteht es sich, dass eine oder mehrere Untersetzungsstufen zwischen dem Eingangselement 86 und dem Untersetzungsrad 88 angeordnet sein könnten oder dass das Eingangselement 86 von dem Elektromotor 32 direkt angetrieben werden könnte.
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In 2 wird ein weiteres gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung aufgebautes Antriebsmodul generell durch das Bezugszeichen 10b bezeichnet. Das Antriebsmodul 10b kann, bis auf die hier angesprochenen Ausnahmen, im Allgemeinen dem Antriebsmodul 10 aus 1 ähneln. In diesem Beispiel umfasst das Antriebsmodul 10b eine Getriebe- und Differentialbaugruppe 14b, die selektiv in einer Mehrzahl von Betriebsmodi betrieben werden kann, einschließlich einem Torque-Vectoring-Modus, einem Antriebsmodus und einem neutralen Modus. Die Getriebe- und Differentialbaugruppe 14b kann strukturell der Getriebe- und Differentialbaugruppe 14a aus 1 ähneln, mit der Ausnahme, dass das Eingangselement 86b relativ zu dem ersten Hohlrad 54b drehbar ist und ein Stellglied 150 eingesetzt wird, um den Betriebszustand der Getriebe- und Differentialbaugruppe 14b zu steuern. Das Eingangselement 86b kann ein Kronenrad umfassen, das drehbar um das erste Ausgabeelement 16 und den ersten Planetenradsatz 40b montiert sein kann. Das Stellglied 150 kann eine Schiebehülse 152 aufweisen, die den Getriebeeingang bilden kann. Die Schiebehülse 152 kann über eine gezahnte Außenfläche 154 verfügen, welche nicht-drehbar, aber axial verschiebbar mit einer passend gezahnten Innenfläche 156 des Eingangselementes 86b eingreifen kann, über einen Satz von ersten inneren Zähnen 160, welche passend mit entsprechenden Zähne 162 eingreifen können, die an dem ersten Hohlrad 54b ausgebildet sind, und über einen Satz von zweiten inneren Zähnen 164, die passend mit entsprechenden Zähnen 166 eingreifen, die an dem zweiten Planetenträger 76b ausgebildet sind.
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In dem Torque-Vectoring-Modus kann die Schiebehülse 152 in eine erste Position gebracht werden, um das Eingangselement 86b (durch Eingriff des Satzes von ersten inneren Zähnen 160 mit den Zähnen 162 an dem ersten Hohlrad 54b) dergestalt mit dem ersten Hohlrad 54b zu koppeln, dass sich das Eingangselement 86b, die Schiebehülse 152 und das erste Hohlrad 54b zusammen drehen. Es versteht sich, dass der Satz von zweiten inneren Zähnen 164 außer Eingriff mit den Zähnen 166 des zweiten Planetenträgers 76b gebracht ist, wenn sich die Schiebehülse 152 in der ersten Position befindet. Dementsprechend versteht es sich, dass der Betrieb der Getriebe- und Differentialbaugruppe 14b in dem Torque-Vectoring-Modus im Wesentlichen dem Betrieb der Getriebe- und Differentialbaugruppe 14a ( ) ähnelt. In dieser Hinsicht kann der Elektromotor 32 selektiv aktiviert werden, um, wie vorstehend erläutert, eine Drehmomentdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgabeelement 16 und 18 zu induzieren.
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In dem Antriebsmodus kann die Schiebehülse 152 in eine zweite Position gebracht werden, um das Eingangselement 86b (durch Eingriff des Satzes von zweiten inneren Zähnen 164 mit den Zähnen 166 an dem zweiten Planetenträger 76b) dergestalt mit dem zweiten Planetenträger 76b zu koppeln, dass von dem Elektromotor 32 bereitgestellte Drehleistung an den Differentialträger 83 abgegeben wird und über die Differentialbaugruppe 36 auf das erste und das zweite Ausgabeelement 16 und 18 ausgeübt wird. Es versteht sich, dass der Satz von ersten inneren Zähnen 160 an der Schiebehülse 152 außer Eingriff mit den Zähnen 162 an dem ersten Hohlrad 54b gebracht werden kann, wenn sich die Schiebehülse 152 in der zweiten Position befindet. Es versteht sich ferner, dass die Drehleistung, die von dem Elektromotor 32 bereitgestellt wird, wenn die Getriebe- und Differentialbaugruppe 14b im Antriebsmodus betrieben wird, als Antriebsleistung eingesetzt wird, um das Fahrzeug 12 anzutreiben (oder das Antreiben zu unterstützen).
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Im neutralen Modus kann die Schiebehülse 152 das Eingangselement 86b von dem ersten Hohlrad 54b und dem zweiten Planetenträger 76b dergestalt entkoppeln, dass das Eingangselement 86b von dem ersten Planetenradsatz 40b, dem zweiten Planetenradsatz 42b und dem Differentialträger 83 abgekoppelt ist. In dem bereitgestellten Beispiel kann die Schiebehülse 152 dergestalt in einer dritten Position zwischen der ersten und der zweiten Position positioniert werden, dass die Sätze von ersten und zweiten inneren Zähnen 160 und 164 axial zwischen den Zähnen 162 an dem ersten Hohlrad 54b und den Zähnen 166 an dem zweiten Planetenträger 76b angeordnet und außer Eingriff mit diesen Zähnen sind. Dementsprechend entkoppelt die Anordnung der Schiebehülse 152 in der dritten Position den Elektromotor 32 von dem ersten Planetenradsatz 40b, dem zweiten Planetenradsatz 42b und dem Differentialträger 83.
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In 3 ist ein Teil der Antriebsmodule 10 und 10b, der den Elektromotor 32, das Untersetzungsrad 88 und das Eingangselement 86 oder 86b aufweist, in Verbindung mit dem Kühlsystem 300 dargestellt. Das Kühlsystem 300 kann einen Kühlmittelsumpf 302, einen Kühlmittelkanal 304, einen oder mehrere Kühlmittel-Düsenkanäle 306 und ein Einlassrohr 308 aufweisen. Der Kühlmittelsumpf 302 kann durch das Gehäuse 298 definiert sein und dafür ausgelegt sein, eine geeignete Kühlflüssigkeit 310, beispielsweise ein Öl, aufzunehmen. Der Kühlmittelkanal 304 kann in dem Rotor 312 des Elektromotors 32 parallel zu einer Drehachse 314 des Rotors 312 gebildet sein. In dem bereitgestellten Beispiel ist der Kühlmittelkanal 304 in der Ausgangswelle 90 gebildet und koaxial mit der Drehachse 314. Jeder Düsenkanal 306 kann den Kühlmittelkanal 304 schneiden und kann sich von dort radial nach außen erstrecken. In dem bereitgestellten speziellen Beispiel sind die Düsenkanäle 306 gänzlich durch die Ausgangswelle 90 definiert, aber es versteht sich, dass die Düsenkanäle 306 auch durch eine Struktur (z. B. eine Leitung, eine Düsenstruktur) definiert sein könnten, die an der Ausgangswelle 90 montiert ist. Das Einlassrohr 308 kann in einer Fluidverbindung zu dem Kühlmittelsumpf 302 stehen und in den Kühlmittelkanal 304 aufgenommen werden. Das Einlassrohr 308 kann dafür ausgelegt sein, Kühlflüssigkeit 310 von dem Kühlmittelsumpf 302 in den Kühlmittelkanal 304 einzuleiten. In dieser Hinsicht kann das Einlassrohr 308 den Kühlmittelsumpf 302 an einem Ort unterhalb eines Kühlflüssigkeitspegels 320 so schneiden, dass die Kühlflüssigkeit 310 in dem Kühlmittelsumpf 302 per Schwerkraftzufuhr durch das Einlassrohr 308 und in den Kühlmittelkanal 304 eingeleitet wird. Das Einlassrohr 308 kann nicht-drehbar mit einer Struktur gekoppelt sein, die den Kühlmittelsumpf 302 (d. h. in dem bereitgestellten speziellen Beispiel das Gehäuse 298) bildet. Wenn benötigt, können eine oder mehrere Öffnungen 326 durch eine Rohrwand gebildet werden, die das Einlassrohr 308 bildet. Ebenfalls sofern benötigt, kann ein Lager 330 mit einem Ende des Einlassrohrs 308 gekoppelt werden, das gegenüber dem Kühlmittelsumpf 302 angeordnet ist. In dem bereitgestellten speziellen Beispiel handelt es sich bei dem Lager 330 um ein Gleitlager.
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Das Kühlsystem 300 kann eingesetzt werden, um die gewünschten Teile des Elektromotors 32 während des Betriebs des Antriebsmoduls 10 oder 10b zu kühlen. In dem bereitgestellten speziellen Beispiel weist der Elektromotor 32 einen Stator 340 auf, welcher über eine Mehrzahl von Wicklungen 342 mit Wicklungsenden 344 an dem ersten und dem zweiten axialen Ende des Stators 340 verfügt, und ein Kühlsystem 300, welches dafür ausgelegt ist, die Kühlung der Wicklungsenden 344 zu unterstützen. In dieser Hinsicht bewirkt die Drehung des Rotors 312, dass die Kühlflüssigkeit 310 in dem Rotor 312 zentrifugal von den Düsenkanälen 306 abgegeben (d. h. weggeschleudert) wird. Es versteht sich, dass die Düsenkanäle 306 auf beliebige Weise positioniert werden können, damit die Kühlflüssigkeit 310 auf einen gewünschten Teil des Elektromotors 32 geleitet wird. In dem bereitgestellten speziellen Beispiel weist das Kühlsystem 300 nur zwei Düsenkanäle 306 auf, und jeder der Düsenkanäle 306 ist dafür ausgelegt, die Kühlflüssigkeit 310 auf einen zugehörigen Satz von Wicklungsenden 344 zu leiten. Allerdings könnten die Wicklungen 342 mit Epoxid mit dem Rest des Stators 340 gekoppelt oder in ein thermisch leitendes Polymer gegossen werden, und die Düsenkanäle 306 könnten an gewünschten Orten positioniert werden, um andere Teile der Wicklungen 342 zu kühlen.
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Die Kühlflüssigkeit 310 kann an den Seiten des Stators 340 ablaufen und kann durch einen oder mehrere Kühlmittelabläufe 350 in dem Gehäuse 298 in einen Radschmiersumpf 360 fließen. Eines oder mehrere der Mehrzahl von Zahnrädern der Getriebebaugruppe 30, beispielsweise das Eingangselement 86 oder 86b, können dafür ausgelegt sein, sich in der Kühlflüssigkeit 310 in dem Radschmiersumpf 360 zu drehen, um die Kühlflüssigkeit 310 (aufgrund der Zentrifugalkraft) dergestalt zu schleudern, dass ein Teil der geschleuderten Kühlflüssigkeit 310 in den Kühlmittelsumpf 302 aufgenommen wird.
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Die vorangehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele wurde zum Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Sie ist nicht erschöpfend und nicht dazu bestimmt, die Offenbarung einzuschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale eines bestimmten Ausführungsbeispiels sind generell nicht auf das jeweilige bestimmte Ausführungsbeispiel beschränkt, sind aber, sofern anwendbar, austauschbar und können in einem ausgewählten Ausführungsbeispiel verwendet werden, selbst wenn dies nicht ausdrücklich gezeigt oder beschrieben wird. Dasselbe kann auch auf verschiedene Weise variiert werden. Solche Variationen sind nicht als Abweichung von der Offenbarung zu verstehen, und alle derartigen Modifikationen sollen in den Schutzbereich der Offenbarung fallen.
